专利名称：预应力抗疲劳钢梁的制作方法
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种预应力抗疲劳钢梁。
背景技术：
目前抗疲劳钢梁(如重级工作制吊车梁、行车主梁、桥梁等)的允许疲劳应力幅均较低，而且高强度钢材在抗疲劳方面无任何优势，允许疲劳应力幅与强度之比大大低于疲劳效应和强度效应之比。对于主要抗疲劳钢梁，除Q235钢、2类连接可同时发挥材料强度和抗疲劳能力之外，其余情况下材料均由抗疲劳控制，材料强度利用率不足。材料强度越高、 连接类别越差、疲劳荷载重复次数越多，则材料强度利用率越低。另外，目前结构疲劳破坏均为脆性破坏，事发突然，会引起重大事故。为此，要求有一种方法使疲劳问题不成为制约高强材料使用的控制性因素，避免高强钢梁发生脆性疲劳破坏，从而充分利用材料强度，节约钢材，提高疲劳作用下结构的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预应力抗疲劳钢梁。本发明提出的预应力抗疲劳钢梁，由上翼缘1、下翼缘2、腹板3、锚板4、锚孔5、高强度预应力钢绞线6、锚固加劲板7、锚头8、弧形板9和支座钢牛腿10组成，上翼缘1、腹板 3和下翼缘2依次焊接组成H型钢梁，所述H型钢梁两端固定于支座钢牛腿10上，位于支座钢牛腿10上方的腹板3两侧焊有锚板4，所述锚板4起钢梁支座加劲板兼预应力锚板的作用；位于H型钢梁两端的锚板4靠近下翼缘2处关于腹板3对称的两侧分别设有锚孔5， 锚孔5上下均焊有锚固区加劲板7，锚板4向H型钢梁一端的端侧设有一块弧形板9，弧形板9中间凸出部分压在与腹板3中心线对应的锚板4上，预应力钢绞线6 —端依次穿过弧形板9、2块锚板4上的锚孔5，张拉后，预应力钢绞线6两端通过锚头8锚固。本发明中，所述预应力钢绞线6根数为2根，施加预拉力后通过锚头8和锚板4对钢梁下翼缘2及腹板3的受拉区产生压应力。本发明中，钢梁和钢绞线均用高强度钢材。本发明中，预应力钢绞线6有一端固定在弧形板9上，所以若万一一侧钢绞线破断，另一侧钢绞线同时拉力消失，不会对梁产生侧向弯矩。本发明中，H型钢梁先作预应力张拉再安装到支座钢牛腿10上。本发明中，腹板3中部与预应力钢绞线6中部之间紧密夹有防侧移垫块11，当H型钢梁的腹板有侧移趋势时，预应力钢绞线即对梁腹板施加反向的回复力，以保持梁下翼缘2 的侧向稳定。本发明原理如下用高强钢绞线对钢梁下翼缘及相邻腹板受拉应力较大区域施加预压力。使其考虑预应力松弛后压应力大于自重下拉应力加疲劳拉应力幅值。则梁的下翼缘在自重和疲劳荷载复合作用下也不会进入受拉，从而解决了疲劳问题。本发明的优点是①下翼缘设计疲劳应力幅从原局限于允许疲劳应力幅可提高到接近设计强度f，抗疲劳能力大幅提高。②将疲劳的脆性破坏变为强度问题，呈延性(此种情形一般先由一侧钢绞线发生疲劳破断，一侧钢绞线破断后由于弧形垫块的作用另一侧钢绞线也失去预拉力。钢梁成为无预应力普通钢梁。钢梁经设计本身可抵抗疲劳荷载标准值的静力作用。所以钢绞线疲劳破坏不会引起结构倒坍，所以只要维修即可，避免了脆性破坏)。③钢绞线和防侧移垫块相互作用可改善梁侧向稳定。④大幅提高高强度钢材的材料利用率。
图1为预应力抗疲劳钢梁的立面图。图2为图1的A-A剖面图。图3为图1的B-B剖面图。图4为图1的C-C剖面图。图5为图1的D-D剖面图。图6为预应力抗疲劳箱型钢梁的横截面图。图中标号1为上翼缘，2为下翼缘，3为腹板，4为锚板，5为锚孔，6为预应力高强度钢绞线，7为锚固加劲板，8为锚头，9为弧形板，10为支座钢牛腿，11为防侧移垫块。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。实施例1 如图1-图6所示，本装置由上翼缘1、下翼缘2、腹板3、支座加劲板兼预应力锚板4、锚孔5、高强度预应力钢绞线6、锚固加劲板7、锚头8、弧形板9、支座钢牛腿10 和防侧移垫块11组成。上翼缘1、下翼缘2和腹板3组成焊接H型钢梁。H型钢梁两端固定于支座钢牛腿10上，对应于支座钢牛腿10上方的腹板3两侧焊有锚板4。该锚板4既作为钢梁支座加劲板也兼做预应力锚板。H型钢梁一端(右端)在锚板4靠近下翼缘处关于腹板3对称的两侧各设有锚孔5，锚孔5上下焊有锚固区加劲板7。梁另一端(左端)在锚板4 与右端相对应位置同样钻有锚孔5，锚板向梁端侧设一块弧形板9，弧形板9也钻有同样锚孔。弧形板9中间凸出部分压在与腹板3中心线对应的锚板4上。关于腹板3对称的锚孔 5中穿入预应力钢绞线6，张拉后用锚头8锚固。预应力钢绞线6施加预拉力后通过锚头8 和锚板4对钢梁下翼缘2及腹板3的受拉区产生压应力。钢梁和预应力钢绞线6均用高强度钢材。预应力钢绞线6有一端固定在弧形板9上，所以若万一一侧钢绞线破断，另一侧钢绞线同时拉力消失，不会对梁产生侧向弯矩。防侧移垫块11紧密夹在腹板3与预应力钢绞线6中央，当梁的腹板有侧移趋势时，钢绞线即对梁腹板施加反向的回复力，以保持梁下翼缘2的侧向稳定。将上述装置用于重级工作制工型钢吊车梁，计算下翼缘2因自重及疲劳荷载标准值引起的拉应力σρ，在靠近下翼缘2的腹板3两侧设置预应力钢绞线6，并对其施加预拉力。扣除预应力损失后，预拉力在下翼缘2产生的压应力等于Qd，则钢梁在疲劳作用下不受拉，抗疲劳自然满足。 实施例2 将实施例1所述装置用于桥式吊车箱型钢梁，在桥式吊车箱型钢梁受拉翼缘附近的腹板3两侧设置预应力钢绞线6，并对其施加预拉力。同样地，扣除预应力损失后，预拉力在受拉翼缘产生压应力。钢梁在疲劳作用下不受拉，抗疲劳满足。因采用了高强度材料，且提高材料利用率，故箱梁重量可大幅降低，有利于桥式吊车长期能耗的降低。
权利要求
1.一种预应力抗疲劳钢梁，由上翼缘(1)、下翼缘(2)、腹板(3)、锚板(4)、锚孔(5)、高强度预应力钢绞线(6)、锚固加劲板(7)、锚头(8)、弧形板(9)和支座钢牛腿(10)组成，其特征在于上翼缘(1)、腹板(3)和下翼缘(2)依次焊接组成H型钢梁，所述H型钢梁两端固定于支座钢牛腿(10)上，位于支座钢牛腿(10)上方的腹板(3)两侧焊有锚板G)，所述锚板(4)起钢梁支座加劲板兼预应力锚板的作用；位于H型钢梁两端的锚板(4)靠近下翼缘(2)处关于腹板(3)对称的两侧分别设有锚孔(5)，锚孔(5)上下均焊有锚固区加劲板(7)， 锚板(4)向H型钢梁一端的端侧设有一块弧形板(9)，弧形板(9)中间凸出部分压在与腹板(3)中心线对应的锚板(4)上，预应力钢绞线(6)—端依次穿过弧形板(9)、2块锚板(4)上的锚孔(5)，张拉后，预应力钢绞线(6)两端通过锚头(8)锚固。
2.根据权利要求1所述的预应力抗疲劳钢梁，其特征在于所述预应力钢绞线(6)根数为2根。
3.根据权利要求1所述的预应力抗疲劳钢梁，其特征在于腹板(3)中部与预应力钢绞线(6)中部之间紧密夹有防侧移垫块(11)。
全文摘要
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种预应力抗疲劳钢梁。由上翼缘、下翼缘、腹板、支座加劲板兼预应力锚板、锚孔、高强度预应力钢绞线、锚固加劲板、锚头、弧形板、支座钢牛腿和防侧移垫块组成，是在靠近受拉翼缘关于腹板对称的锚孔中穿入预应力钢绞线，张拉后用锚头锚固，从而对钢梁的受拉区产生预压力，使其考虑预应力松弛后压应力大于自重下拉应力加疲劳拉应力幅值，则梁的下翼缘在自重和疲劳荷载复合作用下也不会进入受拉，从而解决了疲劳问题。本发明使下翼缘设计疲劳应力幅从原局限于允许疲劳应力幅提高到接近设计强度f，抗疲劳能力大幅提高，变疲劳的脆性破坏为延性的强度问题，下翼缘的极限强度几乎提高一倍，大幅提高了高强度钢材的材料利用率。
文档编号E04C3/10GK102296751SQ20111014548
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者马人乐 申请人:马人乐